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SistemasFotovoltaicosAutónomos
Oscar PerpiñánLamigueiro
Dimensionado delSFA
ConsumoSistemas Fotovoltaicos AutónomosDiseño
Oscar Perpiñán Lamigueiro
http://oscarperpinan.github.io
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Dimensionado del SFA
Consumo
SistemasFotovoltaicosAutónomos
Oscar PerpiñánLamigueiro
Dimensionado delSFANomenclatura
Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Objetivo
I El dimensionado de un SFA consiste en decidir eltamaño del generador fotovoltaico y acumuladorque serán capaces de proporcionar la energíarequerida por una determinada carga a partir de laradiación disponible en la zona.
I Debido al comportamiento aleatorio tanto de laradiación como del consumo, la probabilidad defallo no es nula.
I La solución es un compromiso entre el coste y lafiabilidad del sistema.
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Dimensionado del SFANomenclaturaObjetivoEjemplosMétodos de dimensionadoConfiguración de generador y batería
Consumo
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Dimensionado delSFANomenclatura
Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Carga
Consumo: LProbabilidad de pérdida de carga: relación entre la
energía que no puede suministrar el sistemafotovoltaico y la energía solicitada por lacarga durante todo el período defuncionamiento.
LLP =Edef
L
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Dimensionado delSFANomenclatura
Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Capacidades normalizadas
Capacidad del generador: relación entre los valoresmedios de la energía que puede producir elgenerador y la energía consumida por lacarga.
CA =ηG ·AG ·Gd(β, α)
LCapacidad de acumulación: relación entre la capacidad
útil del acumulador y la energía consumidapor la carga.
Cs =CU
L=
CB · PDmax
L
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Consumo
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Dimensionado delSFANomenclatura
Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Dimensionado
La tarea de dimensionar un sistema fotovoltaicoconsiste en encontrar la mejor solución decompromiso entre coste y fiabilidad.
I Diferentes valores de (CA, CS) pueden conducir almismo valor de LLP.
I Cuanto mayor es el sistema, mayor es la fiabilidad,pero mayor es el coste.
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Dimensionado del SFANomenclaturaObjetivoEjemplosMétodos de dimensionadoConfiguración de generador y batería
Consumo
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Dimensionado delSFANomenclatura
Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Generador grande, acumulador pequeño
Combinación de CA alta y CS baja
I Ciclos diarios con descargas profundas y frecuentes:perjudicial.
I Ciclos estacionales cortos: beneficioso (noestratificación).
I Estratificación compensable con sobrecargascontroladas.
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Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Generador pequeño, acumulador grande
Combinación de CA baja y CS alta
I Ciclos diarios con descargas moderadas: beneficiosoI Ciclos estaciones largos: perjudicial (favorece
sulfatación y estratificación)I Baja frecuencia de sobrecargas, estratificación díficil
de compensar.
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Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Sistemas Híbridos
I Cuando LLP es muy alta (p.e. radioenlaces) o lademanda es muy elevada (poblados) el generador yacumulador serán excesivamente grandes.
I Es habitual incluir un grupo electrógeno quesuministra la energía deficitaria y permite reducir eltamaño del SFA.
I Sinergia:I El grupo electrógeno reduce el tamaño del
generador FV y el acumulador sin reducir fiabilidad.I El generador fotovoltaico reduce horas de
funcionamiento del grupo: gasto en combustible ymantenimiento.
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Consumo
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Dimensionado delSFANomenclatura
Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Método del LLPI Series sintéticas («simuladas») de radiación solar
que reproducen el comportamiento estadístico en ellugar.
I Establece valores de CA y CS para un consumodeterminado con curvas de isofiabilidad.
Cs
CA’
0.6
0.8
1.0
1.2
1 2 3 4 5 6
LLP0.010.030.050.080.1
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Objetivo
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Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Método del mes peorI Determina el tamaño de batería y generador para
abastecer el consumo durante el mes con peorrelación entre radiación y consumo.
I Si el consumo es constante, el mes peor es aquel demenor radiación.
I Aplican recomendaciones de expertos según zonageográfica y aplicación (tipología de consumo).
Valores según el UTS for SHS
I Electrificación rural:I CA = 1.1I 3 ≤ CS ≤ 5
I Aplicaciones profesionales:I 1.2 ≤ CA ≤ 1.3I 5 ≤ CS ≤ 8
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Consumo
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Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Configuración de generador y batería
I Una vez elegidos los valores de CA y CS, se debenconfigurar el generador y batería de acuerdo a lastensiones de trabajo.
I En general, la batería impone la tensión de trabajo(no hay buscador de MPP). Supondremos Vmpp ' Vb
I Carga en Ah
QL = L/Vb
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Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Batería
I Capacidad en Ah (es recomendable no usar bateríasen paralelo)
Cs =CU
L=
CB · PDmax
L→ QB =
CS ·QL
PDmax
I Hay que elegir el número de vasos en serieadecuados a Vb
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Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Generador
I Capacidad del generador
CA =ηG ·AG ·Gd(β, α)
QL ·Vb
I Potencia del generador (suponiendo Vmpp ' Vb)
I∗g ·Vb = ηG ·AG ·G∗
I Corriente de funcionamiento (determina número deramas):
I∗g =CA ·QL ·G∗
Gd(β, α)
I Hay que elegir el número de módulos en serieadecuados a Vb
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Objetivo
Ejemplos
Métodos de dimensionado
Configuración de generadory batería
Consumo
Inclinación del generadorI Para instalaciones con consumos constantes o
similares a lo largo del año, se busca maximizar laradiación en los meses de menor insolación
β = |φ|+ 10◦
I Para instalaciones con consumo menor en meses debaja radiación se busca maximizar radiación enequinoccios.
β = |φ|I Para instalaciones con uso predominante en verano
(hemisferio Norte) conviene emplear un ánguloinferior a la latitud.
β = |φ| − 10◦
I En general, la inclinación debe superar los 15◦.
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Consumo
Dimensionado del SFA
ConsumoEstimación del consumoEscenarios de Consumo
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
Cálculo del consumo
I Energía total requerida por las cargas
LT =Ldc
ηr+
Lac
ηinv
I Energía producida por el generador
L =LT
ηbat · ηc
Como valores orientativos pueden utilizarseηinv = 0.9, ηr = 0.95, ηbat = 0.85 y ηc = 0.98.
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
Distribución del consumo
Consumo (kWh/mes)
Pro
babi
lidad
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 2 4 6 8 10
Vale do Ribeira
Pedra Branca
Vera Cruz
Pruno
’[. . . ] mucha gente consume poco y poca gente con-sume mucho’
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
Relación entre el consumo y la fiabilidadI La variación en el consumo se amplifica en la
variación de la LLP.I Diseño robusto: funcionamiento en amplio abanico
de condiciones (ambientales y humanas).
L Lbase
LLP
LLP
base
0.5
1.0
1.5
2.0
0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
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ConsumoEstimación del consumoEscenarios de Consumo
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
SHS 1
120 Wh/dia
I IluminaciónI RadioI TV b/n,I Sin frigorífico
Valores recomendados
CA = 1.13 ≤Cs ≤ 5
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
SHS 2
250 Wh/dia
I IluminaciónI RadioI TV colorI Sin frigorífico
Valores recomendados
CA = 1.13 ≤Cs ≤ 5
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
SHS 3
1000 Wh/dia
I IluminaciónI radioI TV colorI Con frigorífico eficiente
Valores recomendados
CA = 1.1CS = 5
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ConsumoEstimación del consumo
Escenarios de Consumo
Centrales
I Todo ACI 500 Wh/dia por vivienda.
Valores recomendados
CA = 1.1CS = 5
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